阅读说明：本技术 电动马达设备 (Electric motor apparatus ) 是由 V·科罗班-施拉默 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于控制电动马达的设备,包括控制器,转矩需求极限发生器和驱动级,所述控制器被布置为接收指示所需马达转矩量的转矩需求信号作为输入,并产生一组马达电流需求信号作为输出；所述驱动级接收所述马达电流需求信号,并且被布置为使电流根据需要在所述马达的每个相中流动,以满足所需转矩；所述转矩需求极限发生器被布置为输出指示转矩需求极限的转矩需求极限信号,超过所述转矩需求极限,电池电流就将超过一个或多个极限。(An apparatus for controlling an electric motor comprises a controller, a torque demand limit generator and a drive stage, the controller being arranged to receive as an input a torque demand signal indicative of a required amount of motor torque and to generate as an output a set of motor current demand signals; the drive stage receiving the motor current demand signal and being arranged to cause current to flow as required in each phase of the motor to meet the required torque; the torque demand limit generator is arranged to output a torque demand limit signal indicative of a torque demand limit beyond which the battery current will exceed one or more limits.)

电动马达设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制电动马达的电动马达设备。

背景技术

电动马达被用于各种各样的应用中，并且在机动车辆中变得越来越常见。例如，已知提供一种电动动力辅助转向系统，其中，电动马达设备向转向系统的一部分施加辅助转矩，以使驾驶员更容易转动车辆的方向盘。辅助转矩的大小根据控制算法来确定，该控制算法接收一个或多个参数(比如通过驾驶员转动方向盘向转向柱施加的转矩、车辆速度等)作为输入。

为了准确控制电动马达转矩，必不可少的是控制向电动马达施加的电流。典型地，使用根据脉冲宽度调制控制/驱动策略操作的星形连接的三相电机，各相分别连接到连接于电池电源和接地的上驱动级开关和下驱动级开关。在PWM策略中，利用具有第一状态和第二状态和占空比率的周期PWM驱动信号来驱动每个相，该占空比指示在一个周期中在每个状态所花费的时间的比率。所要求的马达转矩被确定为转矩需求信号，然后将转矩需求信号馈送到电流控制器中，该电流控制器将生成适当的d-q轴马达电流需求信号，这些信号将使得马达产生该转矩。然后，根据驱动电路的要求，这些信号被转换为静态参考系中的三相电流，这需要了解马达转子的电位置角度。可以提供测量转子位置的位置传感器，或者该系统可以是无传感器类型的，比如WO 2004/023639中教导的。最后，使用实际电流的测量值作为反馈，计算产生所要求的实际平均电流所需的针对每一个相的脉宽调制(PWM)占空比，并将其用于驱动这些马达相。

马达从车辆的电源汲取电流，该电源通常是电池，该电池由交流发电机充满，该交流发电机通过车辆的动力传动系在制动期间从发动机获取功率或再生功率而被驱动。马达汲取的电流是电池电压和向每个相施加的驱动信号的占空比率的函数。

在需要大的辅助的时候，开关的占空比率会很高，进而马达从电池汲取的总电流会很高。对于健康的车辆电气系统，交流发电机通常可以满足高电流需求，因此电池不会耗尽。马达的最大电流汲取应设置为交流发电机所可以满足的水平，以防止电池耗尽。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种用于控制电动马达的设备，该电动马达和设备由电池电源供电，该电路包括：

控制器，所述控制器被布置为接收指示所需马达转矩量的转矩需求信号作为输入，并产生一组马达电流需求信号作为输出；以及

驱动级，所述驱动级接收所述马达电流需求信号，并且被布置为使电流根据需要在所述马达的每个相中流动，以满足所需转矩；

其中，所述设备进一步包括转矩需求极限发生器，所述转矩需求极限发生器被布置为输出指示转矩需求极限的转矩需求极限信号，超过所述转矩需求极限，电池电流就将超过一个或多个极限。

该设备可以进一步包括转矩需求发生器，该转矩需求发生器生成指示所需马达转矩量的转矩需求信号。

该转矩需求发生器可以生成转矩需求信号，该转矩需求信号的值取决于该马达需求的辅助转矩的量和该转矩需求极限信号，使得该转矩需求信号的值不超过该极限值。转矩需求极限信号因此可以被馈送到转矩需求发生器中。

在替代方案中，该转矩需求发生器可以生成独立于该转矩需求极限信号的理想转矩需求信号，并且如果该信号将超过该极限，则随后修改该转矩需求信号以产生馈送到该控制器的转矩需求信号。

该转矩需求限制器可以使用该马达和该驱动级的模型来设置该转矩需求极限信号的值。此机器模型可以完全或部分地表征马达和驱动级，并且这样可以包括许多参数。

该模型可以包括以下参数中的一个或多个作为输入：

马达定子等效电阻；

马达温度；

马达机械速度；

马达转矩常数；

马达最大电桥功率；

马达电桥等效电阻。

在一种优选布置中，转矩需求限制器可以基于马达电路模型的参数，针对给定的电池电流、给定的相电流极限以及给定的马达转速，估计将电池电流限制为给定极限的转矩极限。

超过一个或多个极限是指在马达作马达运行时从电池和任何相关联的交流发电机汲取的电流超过一个或多个最大值，并且还可以指在马达发电运行时反馈到电池的电流超过一个或多个极限，优选地遵守马达运行和发电运行二者的极限。

通过对馈送给电流控制器的转矩需求施加限制，可以非常有效地限制马达的每个相汲取的电流，这是因为电流是马达的转矩的函数。与基于电流的估计值或测量值直接限制控制器内的各个电流的现有技术相比，这是简单得多的策略。限制转矩需求允许任何现有技术的电流控制器被使用而无需修改，这是因为控制器不知晓被馈送到它的转矩需求已经被如此限制。

通常，电源将包括连接到交流发电机的电池，当车辆的发动机运转时，交流发电机保持电池充满并为电动马达提供功率。因此，至于本发明所指的是从电源中汲取电流，它应该概括地被解释为从电池、从电池和交流发电机或仅从交流发电机汲取的总电流。后一种情况在电池已断开连接时适用。

转矩需求极限可以具有等于在电流不超过极限的情况下可以由马达产生的估计的最大转矩量的值。该值可以只作为估计值，因为取决于马达性能，电流可能超过此转矩值的极限。

转矩需求限制器可以根据电池的电压设置转矩需求极限。与较高的电压相比，在较低的电压下，转矩极限可能会降低。

转矩需求限制器可以根据针对应用预定义的预定义电流最大值设置转矩需求极限。

转矩需求限制器可以根据马达的机械速度来设置转矩需求极限。

在确定转矩极限时，转矩需求限制器可以计算或以其他方式访问以下参数中的一个或多个的值：

马达电池电流极限；

发电机电池电流极限；

马达电功率极限；

发电机电功率极限。

转矩需求极限信号可以包括多个参数。在存在多个参数的情况下，转矩需求信号不应超过由多个参数定义的所有极限。

转矩需求极限的一个参数可以被设置为最大转矩。

转矩需求极限的另一个参数可以以牛顿-秒为单位定义，等于以安培秒为单位的估计电流极限。例如，如果这被设置为5安培秒的值，则极限将是5安培的电流持续1秒或1安培的电流持续5秒。该值可以设置在5安培秒与80安培秒之间。

因此，转矩需求极限可以被设置为绝对值，并且转矩需求发生器可以允许转矩超过绝对值持续一短时间段，可能长达1毫秒左右。

转矩需求限制器可以设置一个或多个参数以供在马达作马达运行(即从电池中汲取电流)时使用，以及设置一个或多个其他极限以供在马达发电运行时(即，向电池供应电流)使用。在每种情况下，极限可以根据速度而变化。

转矩需求限制器可以生成一个或多个电池电流极限，并这些极限可以与电池电压一起被馈送到马达设备的模型中，并由转矩需求限制器使用以确定这些转矩需求极限。

因此，转矩需求极限的生成可以是两阶段的动态过程，首先计算电流极限，然后使用该模型生成所需的转矩需求极限。如果转矩需求超过极限，则相应地限制转矩需求。

转矩需求限制器可以例如使用查找表根据电池端子电压来生成极限中的一个或多个。

转矩需求限制器可以被布置为接收超驰电流极限值，并且在这个值小于来自查找表的电流极限值的情况下，这个值可以超驰正常的查找值。这可能是决不能被超过的客户预设极限，因此可能是静态的，或者可能是从安装到车辆的另一个系统提供的动态极限。例如，如果关键系统想要确保保留电池电荷，则关键系统可以指导转向系统限制转向系统可以汲取的电流。

转矩需求限制器可以包括信号处理电路。信号处理电路可以包括处理器和存储器，在该存储器中存储确定的值和参数。

转矩需求发生器可以附加地或替代地限制需求转矩的变化率，使得限制在马达作马达运行期间从电源汲取的或在发电运行期间反馈到电源中的电流的变化率。

设置转矩需求极限可能并不总是防止电池电流超过允许的极限。在马达电路模型不准确的情况下，例如如果温度快速变化且模型未考虑温度时，可能是这种情况。在为一批电路预设置模型并且每个电路中使用的马达和驱动级略有不同的情况下，可能发生这种情况。

因此，该设备可以包括电流监测器，该电流监测器监测来自电流控制器的实际电流需求值或马达实际电流或计算这些电流的估计值，并且在这些电流超过电流极限的情况下，可以指导转矩需求限制器进一步降低转矩需求极限。

对实际电流或估计电流或电流需求的监测可以形成反馈控制回路的一部分，使得将转矩需求极限驱动到最佳值，以限制从电池汲取或馈送到电池的电流。

在超过电流极限的情况下，通过监测电流并反馈到转矩限制器，可以适应模型中的任何细微误差。因为这只是校正应该是小的误差，所以反馈回路的响应时间可能会相对较高。

除了限制总电流之外，马达电路此外还可以限制转矩需求的变化率。使用为确定转矩值极限所应用的相同模型，这能够限制电流的变化率。

转矩需求发生器可以设置转矩需求梯度极限，该极限是固定的或动态的，并且在动态情况下将随时间变化。该极限可以根据车辆或马达和驱动级的一个或多个操作参数而变化。

这些参数可以包括马达转速、车辆速度、车辆电源的电池的电量、电源电压以及来自车辆稳定系统或制动系统的其他参数。

驱动级可以将电流需求转换为马达的每个相的脉宽调制(PWM)波形，该波形带有具有第一状态和第二状态以及占空比率的周期脉冲宽度调制(PWM)驱动信号，该占空比率指示一个周期中每个状态所花费的时间的比率，驱动级可以包括使用马达电流需求信号以及表示向每个相施加的PWM信号的占空比率的信号来确定从电源汲取的电流的估计值，以及通过修改马达转矩需求信号来限制马达从电源汲取的电流的变化率。电流汲取估计值可以表示为：

I＝da·Ia+db·Ib+dc·Ic+I_ECU

i_vatt＝d_ai_a+d_vi_v+d_ci_c+I_ECU

其中I_ECU＝汲取的电流的估计值；

da、db、dc是相a、b和c中的每一个的PWM信号的占空比率；

Ia、Ib、Ic是PWM周期的导电部分期间的瞬时相电流；并且

I_ECU是可选的偏移，用于说明控制电路汲取的电流。

电流控制器可以包括PI(或PID)控制器。

该设备可以用于控制电动动力转向系统的马达。在这样的应用中，转矩需求发生器可以接收电动动力转向系统的转向部分中的转矩的度量作为输入，并且可以根据测量的转矩来确定初始转矩需求值。如熟悉电动动力转向系统设计的人员所公知的，可以使用将测得的转矩与转矩需求相关联的图。

技术人员将理解，电池电流的一个或多个极限可以是在系统设计期间定义的或在系统使用期间变化的预定义极限。由于功率被定义为电池电流和电池电压的乘积，因此可以结合电池电压的测量值或估计值来设置电流极限，以有效地限制从电池汲取的功率。

本发明还可以包括第一方面的电路和电动马达的组合。

根据第二方面，本发明提供了一种控制包括电动马达和控制电路的类型的电动马达电路的方法，该电动马达和控制电路由电池电源供电，该控制电路包括转矩需求发生器、控制器和驱动级，该转矩需求发生器生成取决于该马达需求的转矩量的转矩需求信号，该控制器被布置为接收该转矩需求信号作为输入并产生一组马达电流需求信号作为输出，该驱动级接收这些马达电流需求信号并且被布置为使电流根据需要在该马达的每个相中流动，以满足需求转矩，

所述方法包括：生成指示转矩需求极限的转矩需求极限信号，超过所述转矩需求极限，电池电流将超过一个或多个极限；以及生成转矩需求信号，所述转矩需求信号的值取决于所需马达辅助转矩量和所述转矩需求极限信号，使得所述转矩需求信号的值不超过所述极限值。

该方法可以使用包括一个或多个马达参数的马达模型生成该转矩需求极限信号。

该方法可以进一步包括测量在该马达中流动的电流，并且在该电流超过电流极限的情况下，修改该转矩需求极限信号。

该方法可以包括本发明的第一方面的设备的特征所预示的任何步骤。

该方法可以与电动动力转向系统中的马达一起使用，或者与各种其他系统(机动车辆系统和非机动车辆系统)中的马达一起使用。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的一个实施例，在附图中：

图1是车辆电气系统的一部分的概图，示出了电动动力转向系统与电源的连接；

图2是本发明的控制策略可以应用于其的示例性电动动力转向系统的关键部分的示意性表示；

图3示出了可以在本发明的设备的实施例中使用的双通道马达和马达电桥；

图4(a)示出了现有技术，而(b)示出了本发明的最高系统水平的实施例，示出了如何限制转矩需求，进而限制从电池汲取或反馈到电池中的电流；

图5是图4(b)所展示的策略的一种特定示例性实现方式的更详细表示；

图6示出了转矩需求限制器级的输入和输出，以初始计算一组目标电流和功率极限；

图7示出了转矩需求限制器的输入和输出，以使用图6中在马达作马达运行时使用的电流极限和功率极限来设置转矩需求极限；

图8示出了转矩需求限制器的输入和输出，以使用图6中在马达发电运行时使用的电流极限和功率极限来设置转矩需求极限；

图9是转矩需求限制器内的功能块，其使客户能够否决电流极限；

图10示出了电流控制器和马达电流控制器之间的接口，用于校正马达模型中的误差；

图11是用于将电池电流的峰限制为用于运行的预定义允许峰电流的电路的概图，其中图11(a)解释了原理，并且图11(b)示出了算法实现方式：

P_pred＝1.5(v_{d_DEm}i_d+v_{q_DEm}i_q)

P_{max_MOT}＝v_{DRV_STG}i_{MAX_MOT_ALW}

P_{max_GEN}＝v_{DRV_STG}i_{MAX_GEN_ALW}

图12展示了根据由于超过电流极限而随时间在电池中积累的过量电荷对转矩需求极限的适当缩放；

图13是当操作以限制转矩需求梯度时转矩需求限制器的功能的概图；

图14示出了电池电压相对于电池电流极限的典型图，其可以用于填充适当的查找表，以供图6的块使用；

图15是电池电流随时间的采样图，示出了理想的电流极限和由于图7和图8中使用的模型的不准确导致的过冲(导致电荷积累)；

图16是覆盖马达操作的所有四个象限的转矩需求极限的图；

图17展示了电流梯度，示出了不可接受的(NOK)高梯度和可接受的(OK)低梯度、还有由于持续时间短而可行的中间梯度；

图18是与图17相对应的更精细的图，示出了迹线如何不平滑并导致梯度增加的短尖峰；以及

图19是示出马达控制电路的功能和可选的电荷限制部分的框图；以及

图20示出了设备的替代布置。

具体实施方式

以下示例描述了在机动车辆应用中使用的本发明的实施例，但是读者将理解，本发明的范围不应限于这种应用。

如图1所示，车辆设置有电动动力辅助转向(EPAS)系统，该系统跨过电力轨2从车辆电源汲取电流i_电池。电源包括电池3(通常额定为12伏直流电)，电池进而由交流发电机4充满。电池还为其他车辆附件5提供电流。

在附图的图2中示意性地示出了EPAS系统1。该系统包括附接到方向盘11的转向柱10、测量驾驶员在转动方向盘时向转向柱10施加的转矩的转矩传感器12、马达控制与驱动电路13以及电动马达14。

转矩传感器12可以附接到与转向柱10串联的套筒轴，并且马达14可以通常通过齿轮箱15作用在转向系统的转向柱或其他部分上。

马达14通常包括三相绕线定子元件和转子，转子中例如具有六个嵌入的磁体，在这种情况下，磁体被布置成提供六个极，这些极绕转子在南北极之间交替。因此，转子限定绕转子均匀间隔开的三个直轴或d轴以及在d轴之间互相间隔的三个正交轴或q轴。d轴与磁体的磁极对齐，其中来自转子的磁通线在径向方向上，并且q轴在d轴之间隔开，其中来自转子的磁通线在切线方向上。

三个马达定子绕组连接成星形网络。马达由根据本发明的一方面的设备13控制，所述设备包括控制器和驱动级，所述设备13的驱动级27包括形成开关级的三相电桥。这示出在图3中。电桥的每个臂包括一对开关，开关的形式为串联连接在电池供电轨2和地线之间的顶部晶体管T₁、T₃、T₅和底部晶体管T₂、T₄、T₆。马达绕组各自从一对互补的相应晶体管之间分接出。晶体管通过控制与驱动电路以受控方式打开和关闭，以提供施加到每个端子的电势的脉冲宽度调制(PWM)，由此控制施加在每个绕组上的电势差，因此还可以控制取决于马达各相17，18，19的占空比d而流过绕组的电流a，b，c。这进而控制绕组产生的磁场的强度和取向，进而控制马达转矩。实际上，如图3所示，马达具有双通道，因此存在三相和三相电桥的副本。这两个通道可以并行运行，每个通道提供马达转矩的一半，或者一次使用一个通道。

从转矩传感器12输出的转矩信号被馈送到设备13的输入。这被输入到生成初始转矩需求信号9的转矩需求发生器28。初始转矩需求表示马达需求的理想转矩，例如在驾驶员转动方向盘时向驾驶员提供辅助转矩。

初始转矩需求信号9被馈送到转矩需求极限发生器20中，该转矩需求限制器被布置为限制转矩需求信号9，以确保设备汲取的电流不超过极限，或者在马达正在发电运行的情况下，马达产生的电流不超过极限。如果初始转矩需求信号超过极限，则将其保持在极限。如果没超过极限，则初始转矩需求值未经修改就通过转矩需求限制器20。

修改后的转矩需求极限信号21被馈送到电流控制器24，该电流控制器计算马达的电流需求。从控制器24输出的电流需求是在d-q轴参考系中的两个电流需求信号25，26的形式，在设置两个通道的情况下，每个通道对应一个电流需求信号。

在最后阶段，驱动级27将从电流控制器24输出的d-q轴电流转换成静态参考系中的三个电流需求分量，每个电流需求分量对应马达的每个相17，18，19。然后，这些需求电流a，b，c由驱动级27结合转子位置的估计被转换为合适的PWM信号，这些信号通过开关的PWM提供给驱动级27的开关马达相。一系列PWM开关策略在本领域中是已知的，因此这里将不再详细描述。开关布置是公知的，并且在如EP 1083650A2的文件中进行了描述。

相电流的测量值由电流监测器34被馈送至设备13，以提供控制反馈，如图3所示的从马达返回至电池的共地路径中的电流分路。

施加转矩需求极限导致马达的转矩偏离转矩需求发生器所需求的理想转矩，但是明显的是，该极限的最佳设置确保了在所有时候马达都产生最大可能的转矩，同时确保电池和交流发电机所需求的电流不超过系统极限。重要的是，转矩需求的修改使电流控制器的实现比现有技术布置更简单，因为在电流控制器之前执行所有限制。

控制器、转矩需求发生器和转矩需求限制器可以使用运行软件的电子控制单元来实现，该软件存储在存储器的区域中。

图5是从测量转矩的初始输入到d-q轴电流需求信号25，26的输出，示出了在最高水平的设备各部分功能的框图。注意，如图所示，在计算出初始转矩需求后施加转矩极限。在图20所示的修改中，在生成初始转矩需求期间使用极限。

转矩需求限制器包括执行两个不同阶段的算法：

阶段1)定义并应用用于马达运行和发电运行的最大转矩极限，并将极限施加于初始转矩需求；以及

阶段2)定义用于马达运行和发电运行的最大转矩梯度，并将极限施加初始转矩需求。

这两个阶段被实施为由信号处理器执行的软件。图6至图13示出了该软件的关键功能块的概图，更详细地示出了该软件的每个关键功能阶段以及输入参数和输出。

阶段1)转矩最大极限

此阶段的目的是确定与发电运行期间的最大电池电流相对应的转矩极限，并在马达作马达运行时单独进行此操作。换句话说，如果马达产生与转矩极限相同的转矩，则不会超过用于发电运行或马达运行的电池电流极限。

图14示出了最大转矩相对于电池电压绘制的典型函数。可以看出，在低电池端子电压下，其中可以认为电池已部分耗尽，极大限制马达汲取的电流是有益的。当电池充满电时(在这种情况下高于其标称的12伏)，汲取的电流可以保持在恒定的上限。这通常根据交流发电机可以补充所汲取电荷的最大速率来进行选择，并确保随着时间，电池不会耗尽。设置此最大极限可能与其他因素有关。

图15示出了极限随着时间对转矩需求的影响。所需求的马达电流或马达所产生的电流被限制在该极限。由于当前需求是转矩需求的函数，因此这意味着可以限制转矩需求以实现所需的上限，前提是该算法知晓所需的极限和马达的操作参数。

在限制转矩之前，图6所示的第一块中的转矩需求限制器计算一组电流极限。如图所示，当马达处于运行操作并汲取电流时，存在为马达电池计算的极限。在马达发电运行时，设置电池电流的极限。在马达运行时为马达驱动级电桥也设置了极限，在马达发电运行时为驱动级电桥也设置了极限。该极限包括马达电池电流极限29，发生器电池电流极限30，马达电功率极限31，以及发生器电功率极限32。

使用类似于图14所示的图或查找表(LUT)，根据电池电压这些极限可以设置为用于马达运行和发电运行的最大总电流需求(其可以被客户预先设置)。

接下来，根据这些电流极限，转矩需求限制器确定对应的转矩需求极限值。这是通过将可以用于对马达行为进行建模的马达参数馈送到转矩需求限制器来执行的。这些参数包括瞬时电流需求、马达相和电桥的电阻、马达速度和转矩常数。目的是将电流极限馈送到模型33中以生成适当的转矩需求极限。

图7示出了定义模型的函数，该模型用于计算在马达运行时的转矩极限。

对于铁芯损耗和机械损耗可忽略不计的电动马达，功率方程可以写为：

对于给定的电池电流极限，以上方程变为：

扩大转矩，方程变为：

求解马达运行时的方程：

上面的方程可以被重新布置为具有一个未知量的二次方程：

此方程的解为：

其中：a＝R_s，

并且k_Rel＝-1.5p(L_d-L_q)

可以对这些方程求解，以得出转矩T为：

T_max＝(i_qmaxk_T+i_qmaxi_dDemk_Rel)

其中

v_batt-直流链/驱动级电压；

i_batt-电池/电源电流；

R_s-等效定子电阻；

i_q-q轴电流；

i_d-d轴电流；

i_dDem-d轴电流需求；

w_mech-马达机械速度；

k_T-永磁体转矩常数＝1.5*p*FluxPM，其中p-马达极对数，FluxPM-永磁体通量；

k_Rel-磁阻转矩常数。

图8示出了类似的模型，该模型用于计算马达发电运行时的转矩需求极限，该模型由以下模型函数定义：

对于发电运行，要求解的方程为：

注意：此时i_min是负的。

注意，在马达发电运行的情况下，提供指示最大电功率再生的附加输入。

图16中示出了用于马达运行和发电运行的极限。

另外，在本发明的至少一个实施例中，电流极限可以被用户定义的电流极限所否决。如图9所示，这可以被馈送到转矩需求限制器中。可以看出，通常使用查找表LUT根据电池电压Vbatt来设置电流极限，但是在客户设置极限较低的情况下，电流极限可以被客户设置的极限否决。

阶段2)转矩梯度极限。

除了设置最大电流的极限外，还期望限制从马达汲取或反馈回马达的电流的变化率。申请人已经认识到，通过使用合适的马达模型，这可以通过限制转矩梯度来实现。

为了理解转矩梯度的含义，图17示出了电池电流需求随时间的变化。示出了三种不同的变化，其中实线表示的一个变化具有可接受的梯度，而用叉号标记的另一变化不可接受。假如瞬时梯度在极限内，则两者之间的一个变化也是可接受的。图18示出了在短持续时间内，线是如何在现实中不是具有梯度尖峰的直线。

申请人发现，在电源产生高电流变化率的能力受到损害的情况下(如果电池被部分或全部耗尽或断开连接，则可能发生)，转矩梯度限制器的设置是有用的。其功能是确保马达汲取的电池电流的变化率(电池梯度)不超过预定义阈值。这是通过限制转矩需求信号的梯度来实现的。

图13中示出了梯度限制器块。可以看出，这可以在限制最大值之后限制串联梯度，但是这可以在限制最大值之前完成。

因此，梯度限制器限制了转矩需求的变化率，这进而限制了马达在变化率超过阈值时从电池汲取的电流的变化率。PI控制器的比例项和积分项被选择，其方式为使在限制时间期间瞬变不会阻尼不足或过度阻尼，以尽可能遵从理想的d-q轴电流需求信号值。

模型误差减小

除了限制最大转矩需求值和梯度外，申请人还认识到，有时模型对于通过限制转矩来实现电流极限而言不够准确。在具有完美模型的完美马达中，可以设置给出已知电流极限的转矩极限。在不完美的马达或模型中，实际电流可能仍会超过极限。转矩需求极限是针对静态条件(速度恒定和电流极限恒定)计算的估计值，并且不能保证如果实际转矩需求限制为此转矩极限则不会超过电池电流极限。这是因为在此计算链中使用的马达参数中的一些不是很准确地已知(例如由于定子电阻)的，并且因为在电流斜升期间需要额外的电流/功率使实际电流达到目标值。

为了适应此模型误差，该设备可以被配置为监测实际的马达电流，并且在这些电流确实超过设置的极限的情况下，可以指导进一步降低转矩需求极限。这示出在图10和图11中。通过反馈所测量的电流而形成的回路也示出在图5中，其中电流被输入到转矩需求极限发生器。

此误差校正应用到整个设备也可以总结为如附图的图19所示。如果模型可以足够准确，则可以省略此误差校正。

电荷过量

如果存在模型误差，并且电流需求不时会超过极限，则将产生随时间积累的过量电荷。在图15中可以看到此电荷过量为实心阴影区域。这是不期望的，因为非零电荷将降低系统的转矩/功率能力。

电荷被定义为马达运行时正的电池电流误差(实际-极限)和发电运行时负的电池电流误差(实际-极限)的积分。电荷被计算为在预定义窗口(例如1秒)上的移动平均值，具有例如50次/秒的更新速率。此策略确保在最后一秒的任何时候(例如)，最大电荷极限不超过电池电流极限。如果在下一预定义窗口中不存在电荷增量，则转矩极限减小因子将被设置为一(无需校正)，因为电荷变为零。

该设备可以被布置为随时间测量此电荷过量并将电荷倍增因子应用于转矩需求极限，如图12所示。